网络基础知识、在Java中实现UDP协议编程

 

1.网络基础知识

计算机网络，就是把分布在不同地理区域的计算机与专门的外部设备用通信线路互连成一个规模大、功能强的网络系统，从而使众多的计算机可以方便地互相传递信息，共享硬件、软件、数据信息等资源。

网络体系结构：国际标准化组织ISO于l978年提出“开放系统互连参考模型”，即著名的OSI（Open System Interconnection）模型。该模型把计算机网络分成物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层等七层。

通信协议
计算机网络中实现通信必须有一些约定，即通信协议。对速率、传输代码、代码结构、传输控制步骤、出错控制等制定标准。

TCP协议：提供可靠的数据传输服务的规则。

IP协议进行IP数据包的分割和组装。

但是通过IP协议并不能清楚地了解到数据包是否顺利地发送给目标计算机。而使用TCP协议，它将数据包成功发送给目标计算机后，会要求发送一个确认，如果在某个时间内没有收到确认，TCP将重新发送数据包。

ip地址和端口号

IP地址：为实现网络中不同的计算机之间的通信，在网络中的每台机器都必须有一个与众不同的标识，这就是IP地址（IP Address）。

格式：数字型、32位、由4段8位的二进制数组成。一般表示为十进制形式（4个0~255的十进制整数），中间用圆点隔开，如：166.111.78.98。

域名地址：也是分段表示的，便于记忆的、字符串形式。

端口：一个16位的整数，用于表示数据交给哪个通信程序处理。因此，端口就是应用程序与外界交流的出入口，它是一种抽象的软件结构，包括一些数据结构和I/O（基本输入/输出）缓冲区。

不同的应用程序处理不同端口上的数据，同一台机器上不能有两个程序使用同一个端口，端口号可以从0到65535，通常将它分为三类：

公认端口（Well Known Ports）：从0到1023，它们紧密绑定（Binding）一些服务。

注册端口（Registered Ports）：从1024到49151。它们松散地绑定一些服务。

动态和/或私有端口（Dynamic and/or Private Ports）：从49152到65535，这些端口是应用程序使用的动态端口，应用程序一般不会主动使用这些端口。

JDK中为开发网络应用程序提供了java.net包，该包下的类和接口几乎都是为网络编程服务的。

InetAddress：用于描述IP地址的对象

InetAddress类没有提供构造方法，而是提供了两个静态方法来获取InetAddress实例
getByName(String host)：根据主机获取对应的InetAddress对象。
getByAddress(byte[] addr)：根据原始IP地址来获取对应的InetAddress对象。

2.在Java中实现UDP协议编程

UDP( User Datagram Protocol )协议是用户数据报，在网络中它与TCP协议一样用于处理数据包。在OSI模型中，在第四层——传输层，处于IP协议的上一层。

UDP是一种无连接的协议，每个数据报都是一个独立的信息，包括完整的源或目的地址，它在网络上以任何可能的路径传往目的地，因此能否到达目的地，到达目的地的时间以及内容的正确性都是不能被保证的。 

在网络质量令人不十分满意的环境下，UDP协议数据包丢失会比较严重。但是由于UDP的特性：它不属于连接型协议，因而具有资源消耗小，处理速度快的优点，所以通常音频、视频和普通数据在传送时使用UDP较多，因为它们即使偶尔丢失一两个数据包，也不会对接收结果产生太大影响。

在Java中操纵UDP
使用位于JDK中Java.net包下的DatagramSocket和DatagramPacket类，可以非常方便地控制用户数据报文。

DatagramSocket类：创建接收和发送UDP的Socket实例

DatagramSocket()：创建实例。通常用于客户端编程，它并没有特定监听的端口，仅仅使用一个临时的。

DatagramSocket(int port)：创建实例，并固定监听Port端口的报文。

DatagramSocket(int port, InetAddress localAddr)：这是个非常有用的构建器，当一台机器拥有多于一.个IP地址的时候，由它创建的实例仅仅接收来自LocalAddr的报文。

在创建DatagramSocket类实例时，如果端口已经被使用，会产生一个SocketException的异常抛出，并导致程序非法终止，这个异常应该注意捕获。

receive(DatagramPacket d)：接收数据报文到d中。receive方法产生一个“阻塞”。

send(DatagramPacket d)：发送报文d到目的地。

setSoTimeout(int timeout)：设置超时时间，单位为毫秒。

close()：关闭DatagramSocket。在应用程序退出的时候，通常会主动释放资源，关闭Socket，但是由于异常地退出可能造成资源无法回收。所以，应该在程序完成时，主动使用此方法关闭Socket，或在捕获到异常抛出后关闭Socket。

“阻塞”是一个专业名词，它会产生一个内部循环，使程序暂停在这个地方，直到一个条件触发。

DatagramPacket：用于处理报文，将byte数组、目标地址、目标端口等数据包装成报文或者将报文拆卸成byte数组。

DatagramPacket(byte[] buf, int length, InetAddress addr, int port)：从buf数组中，取出length长的数据创建数据包对象，目标是addr地址，port端口。

DatagramPacket(byte[] buf, int offset, int length, InetAddress address, int port)：从buf数组中，取出offset开始的、length长的数据创建数据包对象，目标是addr地址，port端口。

DatagramPacket(byte[] buf, int offset, int length)：将数据包中从offset开始、length长的数据装进buf数组。

DatagramPacket(byte[] buf, int length)：将数据包中length长的数据装进buf数组。

getData()：它从实例中取得报文的byte数组编码。

ServerSocket：编写TCP网络服务程序,首先要用到java.net.ServerSocket类用以创建服务器Socket

构造方法：

ServerSocket(int port)：创建绑定到特定端口的服务器套接字

ServerSocket(int port, int backlog)：利用指定的backlog(服务器忙时保持连接请求的等待客户数量),创建服务器套接字并将其绑定到指定的本地端口号。

ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress bindAddr)：使用指定的端口、侦听 backlog 和要绑定到的本地 IP 地址创建服务器。

Socket：客户端要与服务器建立连接,必须先创建一个Socket对象

常用构造方法

Socket(String host, int port)：创建一个流套接字并将其连接到指定主机上的指定端口号。

Socket(InetAddress address, int port)：创建一个流套接字并将其连接到指定 IP 地址的指定端口号。

服务器端程序调用ServerSocket类中的accept()方法等待客户端的连接请求，一旦accept()接收了客户端连接请求，该方法返回一个与该客户端建立了专线连接的Socket对象，不用程序去创建这个Socket对象。建立了连接的两个Socket是以IO流的方式进行数据交换的，Java提供了Socket类中的getInputStream()返回Socket的输入流对象，getOutputStream()返回Socket的输出流对象。